2013版物理一轮精品复习学案7.2电路的基本规律及其应用(选修3-1)
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第2节 电路的基本规律及其应用 【考纲全景透析】 一、串、并联电路的特点 1.电阻的串联 电流:I=____________.电压:U=____________. 电阻:R=____________.
电压分配:U1U2=________,UnU=________.
功率分配:P1P2=________,PnP=________. 2.电阻的并联 电流:I=________________.电压:U=________________.
电阻:1R=________________________.
电流分配:I1I2=________,I1I=________. 功率分配:P1P2=________,P1P=________. 3.几个常用的推论 (1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻. (2)并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻,且小于其中最小的电阻. (3)无论电阻怎样连接,每一段电路的总耗电功率P总是等于各个电阻耗电功率之和.即P=P1+P2+…+Pn. (4)无论电路是串联还是并联,电路中任意一个电阻变大时,电路的总电阻变大.
【答案】1.I1=I2=…=In U1+U2+…+Un R1+R2+…+Rn R1R2 RnR R1R2 RnR 2.I1+I2+…+In U1=U2=…=Un 1R1+1R2+…+1Rn R2R1 RR1 R2R1 RR1
二、电源的电动势 1.电源是通过非静电力做功把____________的能转化成____________的装置. 2.电动势:非静电力搬运电荷所做的功与搬运的电荷量的比值,E=________,单位:V. 3.电动势的物理含义:电动势表示电源____________________本领的大小,在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压. 4.电动势是______量,需注意电动势不是电压.
【答案】1.其它形式 电势能 2.Wq 3.把其它形式的能转化成电势能 4.标 三、闭合电路欧姆定律 (1)内容:闭合电路中的电流跟电源的电动势成________,跟内、外电路的电阻之和成________.
(2)公式 I= (只适用于纯电阻电路)E= (适用于任何电路) (3)路端电压与外电阻的关系 ①负载R增大→I减小→U内________→U外________ 外电路断路时(R=∞),I=0,U外=E. ②负载R减小→I增大→U内________→U外________ 外电路短路时(R=0),I=________,U内=E. (4)U-I关系图:由U=E-Ir可知,路端电压随着电路中电流的增大而______;U-I关系图线如图2所示. ①当电路断路即I=0时,纵坐标的截距为____________. ②当外电路电压为U=0时,横坐标的截距为__________. ③图线的斜率的绝对值为电源的__________.
图2 【答案】(1)正比 反比 (2)ER+r U外+U内 (3)①减小 增大 ②增大 减小 Er (4)减小 ①电动势E ②短路电流Im ③内阻r 【热点难点全析】 考点一 电路动态变化问题 1.电路动态变化问题的分析 (1)程序法:
电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路→变化支路. (2)“串反并同”结论法 ①所谓“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小,反之则增大. ②所谓“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大,反之则减小.
即: (3)极限法:因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将变阻器的滑片分别滑至两个极端,让电阻最大或电阻为零去讨论. 2.电源的输出功率和电源的效率 (1)输出功率. 根据闭合电路欧姆定律可以推出: ①当R=r时,电源的输出功率最大,最大值 ②当R向接近r阻值的方向变化时,P出增大,当R向远离r阻值的方向变化时,P出减小,如图.
(2)电源的效率. 【例1】R越大,η越大,当R=r时,P出最大,η=50%. 可见,输出功率最大时,电源的效率并不是最高. 如图是一火警报警电路的示意图.其中R3为用某种材料制成的传感器,这种材料的电阻率随温度的升高而增大.值班室的显示器为电路中的电流表,电源两极之间接一报警器.当传感器R3所在处出现火情时,显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是( )
A.I变大,U变小 B.I变小,U变大 C.I变大,U变大 D.I变小,U变小 【答案】选C. 【详解】当传感器R3所在处出现火情时,由题意可知,R3增大,回路总电阻增大,干路电流减小,路端电压U变大,而UR2=E-I总(r+R1),则R2两端电压增大,流过R2的电流变大,选项C正确. 考点二 含电容器电路的分析与计算 1.电路的简化:不分析电容器的充、放电过程时,把电容器处的电路视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在相应位置补上. 2.电路稳定时电容器的处理方法:电路稳定后,与电容器串联的电路中没有电流,同支路的电阻相当于导线,即电阻不起降低电压的作用,但电容器两端可能出现电势差. 3.电压变化带来的电容器带电荷量的变化:电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电.若电容器两端电压升高,电容器将充电;若电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电,可由ΔQ=C·ΔU计算电容器上电荷量的变化. U 蜂鸣器 甲 乙
【例2】如图所示的电路中,电源电动势E=3 V,内电阻r=1 Ω,定值电阻R1=3 Ω,R2=2 Ω,电容器的电容C=100 μF,则下列说法正确的是 ( ).
A.闭合开关S,电路稳定后电容器两端的电压为1.5 V B.闭合开关S,电路稳定后电容器所带电荷量为3.0×10-4 C C.闭合开关S,电路稳定后电容器极板a所带电荷量为1.5×10-4 C D.先闭合开关S,电路稳定后断开开关S,通过电阻R1的电荷量为3.0×10-4 C 【答案】AC
【详解】闭合开关S,电路稳定后电流I=ER1+R2+r=0.5 A,电容器两端的电压为U=IR1=1.5 V,选项A正确;电路稳定后电容器带电荷量为Q=CU=100×10-6×1.5 C=1.5×10-4 C,选项B错误、C正确;先闭合开关S,电路稳定后断开开关S,电容器C通过电阻R1放电,通过电阻R1的电荷量为1.5×10-4C,选项D错误. 【高考零距离】 【2012年】 1.(2012上海)7.如图,低电位报警器由两个基本的门电路与蜂鸣器组成,该报警器只有当输入电压过低时蜂鸣器才会发出警报。其中( ) (A)甲是“与”门,乙是“非”门 (B)甲是“或”门,乙是“非”门 (C)甲是“与”门,乙是“或”门 (D)甲是“或”门,乙是“与”门 【解析】高、低电压都可以通过甲,则甲是“或”门,;低电压通过乙后,输出为高电压使蜂鸣器导通发出警报;高电压通过乙后输出为低电压,蜂鸣器不导通,不发出警报,则乙是“非”门,选项B正确。 【答案】B 【2011年-2010年】
1.(2011·北京高考·T17)如图所示电路,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中 A.电压表与电流表的示数都减小 B.电压表与电流表的示数都增大 C.电压表的示数增大,电流表的示数减小 D.电压表的示数减小,电流表的示数增大。 【答案】选A. 【详解】在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中,滑动变阻器R0的电阻减小,电路总电阻减小,干路电流增大,内阻压降增加,路端电压减小,电压表的示数减小,同时,定值电阻R1上的压降也增加,使得定值电阻R2两端电压降低,导致电流表的示数减小,所以A正确. 2.(2011·海南物理·T2)如图,E为内阻不能忽略的电池,R1、R2、R3为定值电阻,S0、S为开关,V与A分别为电压表与电流表。初始时S0与S均闭合,现将S断开,则( ) ○V的读数变大,○A的读数变小 ○V的读数变大,○A的读数变大 ○V的读数变小,○A的读数变小 ○V的读数变小,○A的读数变大
【答案】选B。 当S断开时,外电阻变大,总电流I变小,路端电
压外U变大,所以电压表的示数变大;总电流变小,电阻1R上的电压1U减小,而路端电压变大,电阻3R上降的电压变大,所以电流表的示数变大。所以B项正确。 3.(2011·上海高考物理·T6)右表是某逻辑电路的真值表,该电路是
【答案】选D. 【详解】与门电路的逻辑功能是两个输入端只要有一端是“0”,输出端就是“0”,真值表是: A B Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 非门的输入端与输出端相反,所以,与门跟非门串联后的真值表是: A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 可见D选项正确. 4.(2011·上海高考物理·T12)如图所示电路中,闭合电键S,当滑动变阻器的滑动触头P从最高端向下滑动时, (A)电压表V读数先变大后变小,电流表A读数变大 (B)电压表V读数先变小后变大,电流表A读数变小 (C)电压表V读数先变大后变小,电流表A读数先变小后变大 (D)电压表V读数先变小后变大,电流表A读数先变大后变小
【答案】选A. 【详解】电路的串并联关系是这样的:滑动变阻器的上下两部分电阻并联再与电阻R串联。当上下两部分电阻相等时,并联电路阻值最大,干路电流最小,路端电压最高,即电压表读数经历了先增大后减小的过程。所以只有A、C选项可能正确;当滑动变阻器的滑动触头P在最高端时,电流表读数为零,即电流表的读数是从零开始增加的,因此,只能是A选项不可能是C选项。
5. (2010·新课标·19)电源的效率定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比.在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示,图中U为路端电压,I为干路电流,
a、b为图线上的两点,相应状态下电源的效率分别为a、b.由图可知a、b的值分别为
A、34、14 B、13、23 C、12、12 D、23、13 答案:D
解析:电源效率EU,E为电源的总电压(即电动势),根据图象可知Ua=E32, Ub=E31,所以选项D正确。 【考点提升训练】